华南前汛期起止日期的确定及降水年际变化特征分析

利用国家气候中心提供的华南地区74测站1957—2001年的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对华南前汛期雨季开始期与结束期的定义标准作了改进;研究了华南前汛期降水雨量、雨日的年际变化特征以及变化趋势的空间分布特征;用小波分析法分析华南前汛期降水的周期分布特征。分析结果发现：45年来前汛期开始期总体上呈现偏早趋势,而结束期具有偏晚的趋势,两者的年际变化十分显著;45年来华南全区总雨量、雨日呈正趋势变化,且两者的空间分布特征非常相似。华南前汛期内雨量、雨日总体上呈现增长趋势并且具有明显的年际变化特征,存在准2年、3～5年、6～8年的振荡周期。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水Ⅰ. 划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝, 但是前汛期降水的预报能力却相当低.降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解, 而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水.事实上, 南海夏季风在6月(甚至5月)就可以影响到华南地区并产生季风对流降水.因此, 华南前汛期包含了两种不同性质的降水, 即锋面降水和夏季风降水, 如何区分它们是非常重要的.为了区分它们, 利用NCEP/NCAR再分析资料、 CMAP资料和中国730站降水资料, 分析气候平均(1971～2000年)状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异, 得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据: 100 hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上.利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日, 并得到1951～2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期.合成分析的结果表明, 得到的划分日期是基本合理的, 因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来.     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 I.划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝,但是前汛期降水的预报能力却相当低。降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解,而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水。事实上,南海夏季风在6月(甚至5月)就可以影响到华南地区并产生季风对流降水。因此,华南前汛期包含了两种不同性质的降水,即锋面降水和夏季风降水,如何区分它们是非常重要的。为了区分它们,利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP资料和中国730站降水资料,分析气候平均(1971~2000年)状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异,得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据:100 hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上。利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日,并得到1951~2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期。合成分析的结果表明,得到的划分日期是基本合理的,因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来。     

潮州市前、后汛期降水量的多时间尺度特征对比

利用潮州1957～2007年逐日降水资料,统计分析汛期降水气候特征,应用小波分析方法对比分析了前、后汛期降水量的多层次时间尺度特征,结果表明：1）前汛期降水量呈减少趋势,对全年雨量的贡献逐渐下降,后汛期则相反;逐年汛期开始的月份及降水强弱有明显的年际变化,而汛期结束的月份年际变化不显著。2）前汛期降水主要存在1.7、5.3和24.3年时间尺度的变化特征,其中1.7年最为显著;后汛期降水主要存在3.5和13.9年时间尺度的变化特征,其中13.9年最为显著。3）不同时间尺度和不同时间域上,前、后汛期降水量的对应关系有所不同,负相关性更为明显。针对目前前、后汛期降水量在短期内都处于相对偏多期的情况,建议有关部门加强防汛工作。     

江南汛期降水基本气候特征及其与海温异常关系初探

分析了江南汛期降水异常的基本气候特征。指出:雨季开始于3月,雨量集中于春末夏初(4～6月),是中国东部雨季开始和结束均最早的地区。江南汛期降水近50年来略有减少的趋势。影响江南汛期降水的海温异常关键区位于9～1°S,121～129°E,关键影响时段为前一年的5～7月。长时间的海气相互作用使前期的海温异常影响了后期的大气环流,导致江南地区次年汛期的降水异常。     

华南前汛期降水变率的分析

利用华南１６个站１９５１～１９９６年逐年、月和候降水量资料,分析了前汛期（４～６月）总降水量及前汛期开始期的变化特征．结果表明,全区前汛期总降水量变化有相当好的一致性．以降水异常的空间分布基本可划分成６种类型．根据候降水量变化,逐年前汛期开始期大体可分成４类,即：全区偏早（１４年）;全区偏晚（１６年）;东部早西部晚（７年）和东部晚西部早（９年）．总之,无论是前汛期降水量还是前汛期开始日期都具有明显的年际变化和年代际变化特征     

华北汛期的起讫及其气候学分析

基于对汛期的理解和认识, 利用Samel等人设计的半客观统计分析方法、Mann-Kendall突变分析、滑动t检验等方法, 通过分析和研究1957—2006年华北台站的日降水资料, 确定了华北汛期起讫的日期。结果表明:华北汛期始于6月30日, 止于8月18日, 持续期为50d。华北汛期的起讫日期、持续天数以及空汛发生的频次, 具有鲜明的地域特征:冀北山地汛期开始最早, 结束较迟, 持续天数较长, 空汛发生频次最少; 黄土高原汛期开始较迟, 其北部汛期结束最迟, 持续期也最长, 发生空汛的频次也比较多; 黄河下游地区汛期开始比较早, 结束最早, 汛期最短, 发生无大汛的频次较大; 河北平原地区, 汛期开始最迟, 结束较迟, 汛期较长, 发生无大汛的频次最多。与华北汛期开始和结束日相对应的东亚大气环流特征是:当西太平洋西部上空500hPa存在正的位势高度距平, 华北上空存在负的位势高度距平, 同时地面为“东高西低”的异常海平面气压场配置时, 异常偏南风到达30°N, 华北汛期开始; 当华北上空500hPa为较小的位势高度正距平, 日本海为位势高度正距平, 而地面上, 我国大陆和西太平洋之间为“西高东低”的异常海平面气压场配置时, 异常偏北风控制我国东部地区, 华北汛期结束。     

东北冷涡降水集中期的客观识别研究

基于区域关键天气过程客观化识别和监测的需求及东北雨季应包括冷涡降水的事实,采用东北三省及内蒙古东四盟共147站逐日降水量资料,通过对东北区域多年平均5点平滑处理的逐日降水量序列的综合分析及对历年逐日滑动平均雨量的对比试验,确定了判别东北冷涡降水集中期开始日期的阈值及持续时间,进而研制了东北冷涡降水集中期开始日期的客观识别方法。基于该方法的客观识别,得到1981-2010年气候平均态的东北冷涡降水集中期的开始日期为每年的5月26日。同时,定义盛夏降水集中期开始日的前一日为冷涡降水集中期的结束日期,发现冷涡降水集中期的结束日期为6月25日。在此基础上,采用NCEP/NCAR逐日再分析的风场、位势高度场资料,通过对东北冷涡降水集中期前、中和后期各层大气环流场及各系统的逐日变化特征的对比分析,验证了该客观识别方法的合理性。     

华南前汛期夏季风降水开始日期的确定

华南前汛期降水包含锋面降水和夏季风降水,提高对这2种不同性质降水的认识及如何区分是非常重要的。本文利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了华南不同性质降水期间大气特性的差异,并采用集合经验模态分解(EEMD)方法,自适应地提取假相当位温θse的调制年循环变量(MAC),得到华南前汛期夏季风降水开始日期的划分标准。结果表明,当某年θse的MACδ标准差时,南海夏季风推进至华南地区,夏季风降水开始。利用该标准划分的华南前汛期夏季风降水开始日期平均为5月第6候,且具有2~3 a、13~15 a的年际、年代际变化周期。进一步对比分析表明,此标准划分的结果基本合理。     

紫金县汛期降水量的多时间尺度特征

利用紫金县1965-2009年逐日降水资料,统计分析汛期降水气候特征,应用小波分析方法对比分析了前、后汛期降水量的多时间尺度特征,结果表明:前汛期降水量呈总体减少的趋势,对全年雨量的贡献在下降,而后汛期则相反,前、后汛期降水量都具有年代际特征;前汛期主要存在1.7和18.4年的时间尺度变化特征,尤其以1.7a最为显著;后汛期降水量主要存在2.6和21.1a时间尺度变化特征,其中2.6a较为显著.     

DETERMINATION OF SOUTH CHINA SEA MONSOON ONSET AND EAST ASIAN SUMMER MONSOON INDEX

Results of the definition of South China Sea summer monsoon onset date and East Asian summer monsoon index in recent years are summarized in this paper. And more questions to be resolved are introduced later.     

南海夏季风建立日期的确定和东亚夏季风强度指数的选取

对近几年来南海夏季风建立日期的确定和东亚夏季风强度指数的选取方面的研究成果进行比较全面的概述，并提出了有待进一步解决的问题。     

近50年我国持续性暴雨的统计分析及其大尺度环流背景

根据1951～2005年中国大陆730个台站的逐日降水资料和持续性暴雨发生的特点, 提出了采用局地持续性暴雨和区域持续性暴雨事件的两种客观定义来描述和统计近50年我国持续性暴雨时空特征及其变化。单站逐日降水量连续三天或三天以上均大于等于50 mm为一次局地持续性暴雨；区域持续性暴雨指在一定区域范围内连续三天降水量总和大于等于100 mm且每天降水量大于等于25 mm的面积超过某一阈值 (详细定义见正文）。根据局地持续性暴雨定义, 指出: 近50年中国局地持续性暴雨事件主要发生在江南和华南地区, 发生季节以6月为最多；根据区域持续性暴雨定义, 统计分析了四类典型的区域持续性暴雨类型, 分别是: 渤海辽西型、北方经向型、南方锋面型和华南低压型。其中南方锋面型又可根据持续性暴雨易发生的地理位置分为江淮型、江南型和华南型三种。对这六类区域持续性暴雨的历史个例进行同比分析, 研究了不同类型持续性暴雨发生的季节性和年际变化,以及它们在大尺度环流背景方面的共性特征。     

华南前汛期暖区暴雨研究新进展

华南前汛期暖区暴雨一直是困扰科研和业务的重要难题。在1970s末第一次华南暴雨综合试验中,老一辈科学家提出了华南前汛期暖区暴雨的概念,并揭示了诸多对华南暴雨研究有重要意义的成果。近年来,随着现代气象探测手段、高性能计算能力的提升以及中尺度暴雨科学观测试验的开展,对华南前汛期暖区暴雨的研究取得了不少新的认识。本文重点梳理了近10 a有关华南前汛期暖区暴雨方面的最新研究进展,从暖区暴雨的定义及分类、多尺度天气特征、形成机制及可预报性研究等4个方面进行系统性论述。最后,对华南前汛期暖区暴雨研究存在的问题、未来发展方向进行了简要的讨论和展望。     

华南前汛期开始日期异常与大气环流和海温变化的关系

利用1961—2012年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料、NOAA海温资料,CMAP降水资料和华南261个测站降水观测资料,首先分析华南前汛期开始日期(以下简称华南开汛)异常的气候特征,然后采用相关分析、合成分析的方法研究华南开汛异常与3—4月大气环流以及海温变化的关系。结果表明,近52 a来华南开汛具有显著的年际变化特征,但变化趋势不明显。开汛最早出现在1983年3月1日,最晚出现在1963年6月1日,1961—2012年华南平均开汛日期是4月6日。华南开汛主要出现在3—4月,占92.3%。华南开汛与3—4月华南降水相关最显著,开汛偏早(晚),对应华南3—4月降水偏多(少)。华南开汛偏早年,在3—4月,对流层高层副热带西风急流偏强,中层西太平洋副热带高压偏强偏西、低层南支槽偏强,华南上空西南气流偏强;华南开汛偏晚年则相反。华南开汛与3—4月中国南海及周边地区海温显著相关,海温偏低(高)对应华南开汛偏晚(早)。华南开汛偏晚年的海温和大气环流异常比早年显著。     

基于新监测指标的江南入梅早晚的气候特征及影响系统分析

利用中国气象局2014年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料等,重点研究了1951—2015年江南入梅早、晚的气候特征,及其与同期(5—6月)大气环流及前期海表温度变化的关系。结果表明,近65年来江南入梅日具有显著的年际变化特征,入梅平均日期为6月8日,最早和最晚相差47 d。入梅日主要出现在6月,占80.0%。江南入梅偏早和偏晚年,对流层高层至低层的同期大尺度环流存在明显的差异。入梅偏早年,高层南亚高压和东亚副热带西风急流(西风急流)的建立较早,强度较强,南亚高压北移到青藏高原上空亦偏早,西风急流北跳偏早; 中层中高纬度经向环流较强,而西北太平洋副热带高压(副高)第1次北跳偏早; 低层索马里越赤道气流建立较早,强度较强,西太平洋为反气旋式距平环流; 入梅偏晚年上述环流系统演变特征则基本相反。冬、春季海表温度的异常是影响入梅早、晚的重要的外部强迫因子,也是重要的前期预测信号:当冬季东太平洋海表温度为负距平、澳大利亚东部海表温度偶极子为正位相及春季北大西洋三极子处于正位相时,江南入梅偏早; 上一年12月澳大利亚东侧海表温度偶极子和当年3月北大西洋三极子与江南入梅早、晚关系最为密切,当12月澳大利亚东部海表温度偶极子为正位相时,副高第1次北跳偏早,当3月北大西洋三极子为正位相时,6月西风急流偏强、偏北,有利于江南入梅偏早。      

一种基于整层水汽通量的南海夏季风爆发指数

利用1951～2000年的NCEP/NCAR逐日再分析风场、比湿和海平面气压资料,得到南海区域的整层水汽通量。根据南海夏季风爆发前后水汽通量的特征分析,定义了南海夏季风爆发指数IVIMT,并确定出1951～2000年南海夏季风的爆发日期。通过分析发现,利用该指数可以合理地确定南海夏季风的爆发时间。     

SEASONAL AND INTER-ANNUAL VARIABILITY OF THE SOUTH CHINA SEA WARM POOL AND ITS RELATION TO THE SOUTH CHINA SEA MONSOON ONSET

The South China Sea warm pool interacts vigorously with the summer monsoon which is active in the region. However, there has not been a definition concerning the former warm pool which is as specific as that for the latter. The seasonal and inter-annual variability of the South China Sea warm pool and its relations to the South China Sea monsoon onset were analyzed using Levitus and NCEP/NCAR OISST data. The results show that, the seasonal variability of the South China Sea warm pool is obvious, which is weak in winter, develops rapidly in spring, becomes strong and extensive in summer and early autumn, and quickly decays from mid-autumn. The South China Sea warm pool is 55 m in thickness in the strongest period and its axis is oriented from southwest to northeast with the main section locating along the western offshore steep slope of northern Kalimantan-Palawan Island. For the warm pools in the South China Sea, west Pacific and Indian Ocean, the oscillation, which is within the same large scale air-sea coupling system, is periodic around 5 years. There are additional oscillations of about 2.5 years and simultaneous inter-annual variations for the latter two warm pools. The intensity of the South China Sea warm pool varies by a lag of about 5 months as compared to the west Pacific one. The result also indicates that the inter-annual variation of the intensity index is closely related with the onset time of the South China Sea monsoon. When the former is persistently warmer (colder) in preceding winter and spring, the monsoon in the South China Sea usually sets in on a later (earlier) date in early summer. The relation is associated with the activity of the high pressure over the sea in early summer. An oceanic background is given for the prediction of the South China Sea summer monsoon, though the mechanism through which the warm pool and eventually the monsoon are affected remains unclear.     

近60年我国东部区域性持续高温过程变化特征

利用1961—2019年中国2407个气象站的日最高气温资料,在判别华南、长江、黄淮和华北4个区域持续高温过程的基础上,比较各区域持续高温过程的气候变化特征。结果表明:华南区域性持续高温过程跨越季节最长,从5月中旬至10月初均可能出现;华南区域性持续高温指数存在显著的线性增长趋势,其增长率最高（3.3 d·（10 a）-1）。长江区域性持续高温过程持续性强,气候平均年累积日数最多,但通常出现区域持续高温过程最迟;长江区域性持续高温指数存在线性增长趋势。黄淮区域性持续高温指数的线性增长趋势不明显,但黄淮区域历史上仅有的4次非夏季持续高温过程均发生于20世纪90年代末至21世纪初。华北区域性持续高温过程气候平均年累积日数少、结束早;华北区域性持续高温指数存在显著的线性增长趋势,线性增长相关系数仅次于华南。长江和华南两区域持续高温指数的相对强弱存在显著的年代际变化,1961—1978年长江明显强于华南,1979—2019年则为华南略强于长江。